Denník N

Vedci vylepšili jas a ostrosť displejov smartfónov, využili znalosti o očiach nočných motýľov

Zložené oko nočného motýľa. Foto – Wikimedia/cc
Zložené oko nočného motýľa. Foto – Wikimedia/cc

Prinášame vám tri príklady, keď motýle, mole a cikády poslúžili ako zdroj inšpirácie pre najnovšie vedecké inovácie.

Príroda často slúži ako dôležitý zdroj inšpirácie pre vedu a technológie. Napríklad taký suchý zips bol inšpirovaný plodom bodliaka a celé odvetvie mäkkej robotiky sa snaží imitovať pohyby chobotnice alebo slonieho chobota.

Šinkanzeny boli upravené podľa vzoru vtáčieho zobáka tak, aby boli menej hlučné, keď prechádzajú tunelmi, a aby ušetrili viac energie. Návrhy budov v Austrálii zase obsahujú vetracie výpusty odpozorované z termitísk, ktoré šetria energie.

Biomimikry (vedný odbor o napodobňovaní živých systémov) nájdeme všade okolo seba, prírodou sa inšpiruje architektúra, umenie, medicína, ale aj základný výskum.

Medzi veľmi časté inšpirácie pre nové technológie patrí aj hmyz. Pripravili sme pre vás prehľad troch nových štúdií, v ktorých sa veda inšpirovala vlastnosťami krídel, nôh či očí hmyzu.

1. Solárne články a motýlie krídla

Motýlie krídla obsahujú na povrchu veľmi jemné mikroskopické štruktúry, ktoré plnia viaceré funkcie, medzi nimi pohlavného znaku. Samičie a samčie jedince majú často odlišne zafarbené krídla. Mikroštruktúry tiež zvyšujú aerodynamický vztlak počas letu o približne desať percent.

Prítomnosť štruktúr na povrchu krídel plní ešte jednu dôležitú funkciu: aby hruď motýľov a v nej uložené svaly fungovali správne, živočíchy potrebujú udržať stabilnú telesnú teplotu okolo 40 °C.

Veľa druhov motýľov sa preto rado vyhrieva na slnku, pričom slnečným lúčom nastavujú práve svoje krídla, ktoré odrážajú svetlo presne na ich hruď.

Schopnosť týchto mikroštruktúr absorbovať slnečné lúče predstavuje vlastnosť, ktorú sa snažia napodobniť mnohé technológie. Jedným z najnovších príkladov, keď sa veda inšpirovala mikroštruktúrami motýlích krídel, sú nové tenké solárne články.

Motýlie krídlo pod skenovacím elektrónovým mikroskopom. Obrázok odhaľuje nanoštruktúru a diery v krídlach, ktoré je možné imitovať aj v laboratóriu. Foto – Radwanul Hasan Siddique, KIT/Caltech

Výskumníci zistili, že stabilita a reflektivita (schopnosť odrážať svetelné lúče) motýlieho krídla závisí od frekvencie výskytu dier. Svoje poznatky preverili prípravou umelého materiálu s podobne umiestnenými dierami a štruktúrami.

Zistili, že materiál výborne absorboval svetlo cez širokú škálu vlnových dĺžok a uhlov dopadu lúčov. Keď tento materiál vedci použili na prípravu fotovoltaického absorbera (súčasť solárneho článku), výrazne tým zvýšili jeho efektivitu.

2. Cikády a neviditeľný plášť

Hmyz čeľade cikádovité vylučuje na povrch svojho tela nanočastice s veľmi zaujímavým povrchom. Tieto čiastočky, odborne nazývané brochozómy, majú na povrchu rovnomerne usporiadané a opakujúce sa útvary pripomínajúce včelie plásty, vďaka čomu sa podobajú na futbalovú loptu.

Cikády tieto superhydrofóbne (vodu odpudzujúce) nanočastice využívajú ako nepriľnavú vrstvu, ktorá zabezpečuje nezmáčavosť ich krídel.

Zložitá nanoštruktúra uvedených čiastočiek naznačuje, že materiál by mohol mať zaujímavé optické vlastnosti. Biológovia už niekoľko rokov predpokladajú, že cikády môžu tieto nanočastice využívať aj na ochranu svojich vajíčok pred predátormi, napríklad lienkami. Ak by tieto častice dokázali rozptyľovať svetlo, mohli by slúžiť ako akýsi „neviditeľný plášť“.

Vedci pripravili syntetickú napodobeninu týchto nanočastíc v laboratórnych podmienkach. Svoj výskum opísali začiatkom tohto mesiaca v prestížnom časopise Nature Communications.

Syntetické nanočastice imitujú vlastnosti materiálu, ktorý prirodzene vylučujú cikády ako ochranu svojich krídel a vajíčok. Foto – Shikuan Yang/Birgitt Boschitsch

„Problémom je, že cikády produkujú iba veľmi malé množstvá tohto materiálu, ktorý je navyše veľmi zložité odobrať,“ vysvetlil v správe univerzity vedúci výskumu Tak-Sing Wong.

„V laboratóriu sme však pripravili dostatočné množstvo materiálu, aby sme ho mohli vložiť do prístroja a preskúmať jeho optické vlastnosti,“ dodal vedec.

Pripravený materiál výborne odrážal svetlo, najmä v rozmedzí vlnových dĺžok, v ktorých vidia vtáky a lienky, prirodzené predátory cikád. To naznačuje, že aj prírodné nanočastice skutočne slúžia na ochranu pred predátormi.

Použitie týchto nanočastíc sa dá rozšíriť aj na prípravu antireflexného materiálu, ktorý by mohol vylepšiť vlastnosti senzorov a kamier, ale aj solárnych článkov a batérií.

3. Lepšie displeje a oči nočných motýľov

Napodobovanie hmyzu prinesie pokrok aj v oblasti, ktorá sa nás týka na dennej báze. Ak používame svoj smartfón v exteriéri počas slnečného dňa, často narazíme na problém s výrazne zníženou čitateľnosťou displeja. Odpoveďou na tento problém, ktorý sa týka všetkých LCD a OLED displejov, môžu byť oči nočných motýľov.

Na základe nanoštruktúr, ktoré majú mole na očiach, vedci vyvinuli špeciálny antireflexný film s takmer 20-násobne nižšou mierou odrazu svetla.

Pre porovnanie, displej opatrený novým filmom odrazí 0,23 percenta svetla, zatiaľ čo displej iPhonu odrazí až 4,4 percenta.

Inovatívny film obsahuje rovnomerne rozložené diery široké 100 nanometrov. Vedci ich pripravili tak, že na vrstvu skla naniesli rovnomerne rozložené kremíkové nanočastice.

Po vysušení sa nanočastice nalepené na skle odtlačili na mäkkú vrstvu zloženú zo zmesi polymérov a tekutej gumy, čím na vrstvu preniesli požadovaný dizajn.

Nanočastice sa následne odobrali a vedcom ostal stvrdnutý film s antireflexnými vlastnosťami.

„Použitie nášho antireflexného filmu na smartfónoch a tabletoch zvýši jas a ostrosť ich displejov, dokonca aj ak sa na ne budete pozerať vonku. Náš prírodou inšpirovaný film je okrem nízkej reflektivity (schopnosť odrážať svetelné lúče, pozn. red.) aj odolný voči poškriabaniu a dokonca ochráni displej pred prachom a odtlačkami prstov,“ vysvetlil vedúci výskumu Shin-Tson Wu.

Dostupné z doi: 10.1038/s41467-017-01404-810.1126/sciadv.1700232, 10.1364/OPTICA.4.000678

🗳️ Ak chcete podporiť našu prácu pred druhým kolom volieb aj nad rámec predplatného, môžete to urobiť aj darom.🗳️

Máte pripomienku alebo ste našli chybu? Prosíme, napíšte na [email protected].

Príroda

Technológie

Veda

Teraz najčítanejšie